Како зауставити експлозију литијум-јонских батерија услед топлотног бекства?

Термални бег је дуготрајан проблем који је мучио велике корпорације као што су Тесла , Самсунг , и Боеинг и мали подједнако.

Боингов Дреамлинер 787, који је Боеинг рекламирао као 20% ефикасан у потрошњи горива, приземљен је 2013. Исте године, Теслин Модел С је био под федералном безбедносном истрагом након што се запалио најмање 3 пута.Прошле године Самсунг је повукао 2,5 милиона паметних телефона Галаки Ноте 7.

За све три компаније, које су врхунски играчи у свом домену, проблем је био исти – литијум-јонске батерије уграђене у срце њиховог производа као извор напајања.Литијум-јонске батерије уграђене у Тесла Модел С, Дреамлинер 787 и Галаки Ноте 7 непрекидно су експлодирале.

Зашто литијум-јонска батерија неочекивано експлодира?

Литијум-јонске батерије су најчешће коришћени тип батерија у неколико индустрија, али да ли знате шта их чини опасним?Ако сте истраживач који ради са литијум-јонским батеријама, знали бисте да је један од главних разлога зашто већина литијум-јонских батерија експлодира због топлотног одласка.

Шта је термални бег и зашто је водећи узрок експлозије батерија?
У литијум-јонским батеријама катода и анода су раздвојене танким – понекад 10 микрона – полиетиленским сепаратором.Када овај сепаратор пукне, долази до кратког споја који иницира процес који се назива термички бег.

Термички бег се обично дешава током пуњења.Температура брзо расте до тачке топљења металног литијума и изазива бурну реакцију.

Још један главни разлог за термичко одбијање су друге микроскопске металне честице које долазе у додир са различитим деловима батерије (ово се дешава све време у процесу састављања батерије), што доводи до кратког споја.

Обично благи кратки спој може изазвати повишено самопражњење и мало топлоте се ствара јер је енергија пражњења веома ниска.Али, када се довољно микроскопских металних честица скупи на једном месту, може се развити велики електрични кратки спој и велика струја ће тећи између позитивне и негативне плоче.

Ово доводи до пораста температуре, што доводи до топлотног бекства, што се такође назива 'испуштање пламеном'.

Током термичког бекства, висока топлота оштећене ћелије може да се прошири на следећу ћелију, узрокујући да и она постане термички нестабилна.У неким случајевима долази до ланчане реакције у којој се свака ћелија распада по свом распореду.

Зашто је експлозија литијум-јонских батерија велики проблем за све?

Паметни телефон у вашем џепу покреће а Ли-Ион батерија .Оне су једна од најпопуларнијих врста пуњивих батерија за преносиву електронику због своје велике густине енергије, малог меморијског ефекта и ниског самопражњења.

Осим потрошачке електронике, литијум-јонске батерије су популарне у војним, електричним возилима и ваздухопловству.На пример, литијум-јонске батерије су замениле конвенционалне оловно-киселинске батерије које су се историјски користиле за колица за голф и помоћна возила.

Очекује се да ће величина глобалног тржишта литијум-јонских батерија достићи 46,21 милијарди долара до 2022. године, са ЦАГР од 10,8% током периода 2016-2022.

За нешто што је тако брзом темпом постало саставни део наше свакодневице, заиста бисмо ризиковали своје животе са овим батеријама око себе.

С обзиром на њихову примену, нису лако заменљиви, али ако би се проблем топлотног бекства могао решити, равнотежа би се успоставила у рају.

Како можемо спречити топлотну бекство у Литијум-јонске батерије ?

1. Представљамо отпорник пламена
Термички бег често настаје услед убода и неправилног пуњења.Да би се супротставили таквим опасностима од пожара, проналазачи су користили термални флуид који садржи успоривач пламена.

Успоривач пламена је једињење које инхибира, потискује или одлаже производњу пламена или спречава ширење ватре.

Овде су микрокапсулирали успоривач пламена (обично једињење брома) у полиетилен високе густине и додали воду и гликолно једињење за припрему термалне течности.Једињење гликола се овде користи као „антифриз“ (уобичајена једињења гликола су етилен гликол, диетилен гликол и пропилен гликол).

Такође, проналазак се углавном разматра у светлу ЕВ батерија.Батерија када се позове да напаја електрично возило се загрева.Термални флуид протиче кроз посуду и преко модула батерије.

У случају прекомерног пуњења или саобраћајне несреће која резултира пробијањем батерије, успоривач пламена у термалној течности делује на смањење опасности од пожара.Тачније, микрокапсуле једињења брома пуцају када се достигне температура ломљења због вишка топлоте ватре.Успоривач пламена се ослобађа из микрокапсула и делује тако да стави ватру под контролу.

2. Коришћење уређаја за иницирање оштећења
Чини се да су Регенти Универзитета у Калифорнији прилично активни у истраживању како да се изборе са проблемом топлотног бекства.

Они су 2006. године поднели патент који се односи на полимерне електролите високог модула еластичности погодне за спречавање топлотног бекства (УС8703310).Различити скуп проналазача је поднео овај патент (тј. УС'535) 2013. године, о ублажавању топлотног бекства коришћењем материјала или уређаја који иницирају штету.

Прецизније, развили су механизам термичког искључивања који се може покренути или механички или термички (или обоје), како дође до оштећења батерије (тј. пре или убрзо након почетка термичког бекства) и решавају проблем пре него што он уопште може да почне .

Такве предиктивне или тренутне противмере су посебно потребне када је батерија подвргнута удару или високом притиску (попут несреће као што сам поменуо и за претходни патент УС'886) и када је њена унутрашња структура оштећена, узрокујући унутрашњи кратки спој.

Основни принцип на коме ради је – како се механичко оптерећење примењује на батерију, иницијатори оштећења могу изазвати широко распрострањено оштећење или уништење електроде, тако да се унутрашњи отпор значајно повећава како би се ублажио топлотни бег чак и пре него што се то деси.

Овде су говорили о две врсте покретача штете –

Пасивни иницијатори оштећења

Ови иницијатори иницирају пуцање или пражњење у електродама при удару, а такве пукотине и/или шупљине повећавају унутрашњу импедансу електроде и на тај начин смањују стварање топлоте повезано са могућим унутрашњим кратким спојем.Такви адитиви су познати као иницијатори пукотина или празнина (ЦВИ).

Оштећења електрода могу бити узрокована одвајањем или неусклађеношћу крутости интерфејса ЦВИ-електрода, ломом и руптуром ЦВИ, итд. Примери пасивних адитива укључују чврсте или порозне честице, чврста или шупља/порозна влакна, цеви итд. могу се формирати од угљеничних материјала као што су графит, угљеничне наноцеви, активни угаљ, чађе итд.

Активни иницијатор оштећења

Ови иницијатори могу произвести значајну промену запремине или облика након механичког или термичког оптерећења.Активни иницијатори оштећења могу укључивати чврсте или порозне честице, чврсте или шупље перле, чврста или шупља/порозна влакна и цеви, итд. Активни иницијатори оштећења могу се формирати од легура са меморијом облика као што су Ни—Ти, Ни—Ти—Пд, Ни —Ти—Пт, итд.

Хемикалије које се ослобађају током термички бег може бити токсично иу екстремним случајевима, термички бијег може узроковати електрични пожар и/или експлозију батерија.Температура околног ваздуха у окружењу батерије такође се мора правилно одржавати.Контролисање ових фактора смањује потенцијал за термички бег .

извор:хттпс://ввв.греиб.цом/превент-тхермал-рунаваи-проблем-ли-ион-баттериес/